Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Sự tồn tại của một từ trường vượt quá 3,5 tỷ năm trước vẫn còn đang tranh cãi.
Các khoáng chất vi mô được khai quật từ một mỏm đá cổ xưa của Jack Hills ở Tây Úc là chủ đề của nghiên cứu địa chất khốc liệt, vì chúng dường như mang dấu vết của từ trường Trái đất đến tận 4.2 tỷ năm trước. Đó là gần 1 tỷ năm trước khi từ trường trước đây được cho là bắt nguồn và gần như trở lại thời điểm hành tinh được hình thành.
Nhưng hấp dẫn như câu chuyện gốc này có thể do một nhóm MIT dẫn đầu đã tìm thấy bằng chứng ngược lại. Trong một bài báo đăng trên Science Advances, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra cùng loại tinh thể được gọi là zircons, được khai quật từ cùng một lộ, và đã kết luận rằng các zona họ thu thập được không đáng tin cậy như máy ghi âm của từ trường cổ đại.
Nói cách khác, chúng ta vẫn chưa biết liệu từ trường của Trái đất có tồn tại sớm hơn 3,5 tỷ năm trước hay không.
Caue Borlina, một sinh viên tốt nghiệp tại Khoa Trái đất, Khí quyển và Khoa học Hành tinh (EAPS), MIT nói: “Không có bằng chứng mạnh mẽ về từ trường trước 3,5 tỷ năm trước và ngay cả khi có một trường sẽ rất khó để tìm thấy bằng chứng về nó trong các vòng tròn của Jack Hills. Đó là một kết quả quan trọng theo nghĩa chúng ta biết những gì không nên tìm kiếm nữa.”
Borlina là tác giả đầu tiên của bài báo bao gồm Giáo sư EAPS Benjamin Weiss, Nhà khoa học nghiên cứu chính, ông Eduardo Lima, và Nhà khoa học nghiên cứu Jahandar Ramezan của MIT cùng với những người khác từ Đại học Cambridge, Đại học Harvard, Đại học California ở Los Angeles, Đại học California Alabama và Đại học Princeton.
“Một cánh đồng khuấy động“
Từ trường của trái đất được cho là đóng một vai trò quan trọng trong việc làm cho hành tinh có thể ở được. Từ trường không chỉ định hướng cho kim la bàn của chúng ta, nó còn hoạt động như một lá chắn các loại, làm chệch hướng gió mặt trời có thể ăn mòn bầu khí quyển.
Các nhà khoa học biết rằng ngày nay từ trường của Trái đất được cung cấp năng lượng từ sự hóa rắn lõi sắt lỏng của hành tinh. Việc làm mát và kết tinh lõi làm khuấy động chất lỏng sắt xung quanh, tạo ra dòng điện mạnh tạo ra từ trường kéo dài ra ngoài không gian. Từ trường này được gọi là geodynamo.
Nhiều dòng bằng chứng đã chỉ ra rằng từ trường của Trái đất tồn tại ít nhất 3,5 tỷ năm trước. Tuy nhiên, lõi của hành tinh được cho là đã bắt đầu hóa rắn chỉ 1 tỷ năm trước có nghĩa là từ trường phải được điều khiển bởi một số cơ chế khác trước 1 tỷ năm trước. Ghim xuống chính xác khi từ trường hình thành có thể giúp các nhà khoa học tìm ra thứ bắt đầu tạo ra nó.
Borlina nói rằng nguồn gốc của từ trường Trái đất cũng có thể chiếu sáng những điều kiện ban đầu mà các dạng sống đầu tiên của Trái đất nắm giữ.
Borlina chia sẻ: “Trong một tỷ năm đầu tiên của Trái đất, từ 4,4 tỷ đến 3,5 tỷ năm, đó là khi sự sống đang nổi lên. Cho dù bạn có một từ trường tại thời điểm đó có ý nghĩa khác nhau đối với môi trường mà sự sống xuất hiện trên Trái đất. Đó là động lực cho công việc của chúng tôi.”
“Không thể tin tưởng zircon”
Theo truyền thống, các nhà khoa học đã sử dụng các khoáng chất trong đá cổ để xác định hướng và cường độ của từ trường Trái đất theo thời gian. Khi đá hình thành và nguội đi, các electron trong các hạt riêng lẻ có thể dịch chuyển theo hướng của từ trường xung quanh. Khi đá nguội đi qua một nhiệt độ nhất định được gọi là nhiệt độ Curie, có thể nói sự định hướng của các electron sẽ được đặt trong đá. Các nhà khoa học có thể xác định tuổi của chúng và sử dụng từ kế chuẩn để đo hướng của chúng, để ước tính cường độ và hướng của từ trường Trái đất tại một thời điểm nhất định.
Từ năm 2001, Weiss và nhóm của ông đã nghiên cứu từ hóa các loại đá và hạt zircon của Jack Hills với mục tiêu đầy thách thức là xác định xem chúng có chứa các ghi chép cổ về từ trường của Trái đất hay không.
Các vòng tròn Jack Hills là một số vật thể từ tính yếu nhất được nghiên cứu trong lịch sử của thuyết cổ sinh vật học. Hơn nữa, các zona này bao gồm các vật liệu Trái đất lâu đời nhất được biết đến, có nghĩa là có nhiều sự kiện địa chất có thể thiết lập lại các bản ghi từ tính của chúng.
Vào năm 2015, một nhóm nghiên cứu riêng biệt cũng đã bắt đầu nghiên cứu các vòng tròn Jack Hills đã lập luận rằng họ đã tìm thấy bằng chứng về vật liệu từ tính trong các vòng tròn mà họ có niên đại là 4.2 tỷ năm – bằng chứng đầu tiên cho thấy từ trường Trái đất có thể tồn tại trước 3,5 tỷ năm trước.
Nhưng Borlina lưu ý rằng nhóm nghiên cứu đã không xác nhận liệu vật liệu từ tính mà họ phát hiện được thực sự hình thành trong hoặc sau khi tinh thể zircon hình thành cách đây 4.2 tỷ năm – một mục tiêu mà ông và nhóm của mình đã thực hiện cho bài báo mới của họ.
Borlina, Weiss và các đồng nghiệp của họ đã thu thập đá từ cùng một ngọn đồi Jack Hills và từ các mẫu đó, chiết xuất được 3.754 hạt zircon, mỗi hạt dài khoảng 150 micromet – khoảng chiều rộng của một sợi tóc người. Sử dụng các kỹ thuật hẹn hò tiêu chuẩn, họ đã xác định tuổi của từng hạt zircon, dao động từ 1 tỷ đến 4,2 tỷ năm tuổi.
Khoảng 250 tinh thể đã cũ hơn 3,5 tỷ năm. Nhóm nghiên cứu đã phân lập và chụp các mẫu đó, tìm kiếm dấu hiệu của vết nứt hoặc vật liệu thứ cấp, chẳng hạn như các khoáng chất có thể được lắng đọng trên hoặc trong tinh thể sau khi nó hình thành hoàn toàn, và tìm kiếm bằng chứng rằng chúng đã được làm nóng đáng kể trong vài tỷ vừa qua năm kể từ khi chúng hình thành. Trong số 250 mẫu này, họ đã xác định chỉ có ba zona tương đối không có tạp chất như vậy và do đó có thể chứa các bản ghi từ tính phù hợp.
Sau đó, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các thí nghiệm chi tiết trên ba hình tròn này để xác định loại vật liệu từ tính nào chúng có thể chứa. Cuối cùng họ đã xác định rằng một khoáng chất từ tính gọi là Magnetite có mặt ở hai trong số ba zona. Sử dụng một từ kế kim cương lượng tử có độ phân giải cao, nhóm nghiên cứu đã xem xét các mặt cắt ngang của mỗi hai hình tròn để ánh xạ vị trí của từ tính trong mỗi tinh thể.
Họ đã phát hiện ra từ tính nằm dọc theo vết nứt hoặc khu vực bị hư hại trong các vòng tròn. Những vết nứt như vậy là những con đường cho phép nước và các yếu tố khác bên trong đá. Những vết nứt như vậy có thể cho phép từ tính thứ cấp lắng xuống tinh thể muộn hơn nhiều so với khi zircon ban đầu hình thành. Dù bằng cách nào, Borlina nói rằng bằng chứng rất rõ ràng: Những vòng tròn này không thể được sử dụng như một máy ghi đáng tin cậy cho từ trường của Trái đất.
Đây là bằng chứng chúng ta không thể tin tưởng vào các phép đo zircon này cho hồ sơ từ trường của Trái đất. Nhóm của Borlina đã chỉ ra rằng trước 3,5 tỷ năm trước, chúng ta vẫn chưa biết khi nào từ trường Trái đất bắt đầu.
Mặc dù có những kết quả mới, Weiss nhấn mạnh rằng các phân tích từ tính trước đây của các zona này vẫn có giá trị cao.
“Nhóm nghiên cứu báo cáo nghiên cứu từ tính zircon ban đầu xứng đáng nhận được rất nhiều tín dụng vì đã cố gắng giải quyết vấn đề cực kỳ thách thức này”, Weiss nói. “Là kết quả của tất cả các công việc từ cả hai nhóm, giờ đây chúng tôi hiểu rõ hơn cách nghiên cứu từ tính của các vật liệu địa chất cổ đại. Bây giờ chúng tôi có thể bắt đầu áp dụng kiến thức này cho các hạt khoáng sản khác và các hạt từ các cơ quan hành tinh khác.”
Nghiên cứu này được NASA hỗ trợ một phần.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Viện Công nghệ Massachusetts . Bản gốc được viết bởi Jennifer Chu. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :